基于双层复合薄膜的光敏执行器，用于软体机器人抓取器

《ChemistrySelect》：Photo-Responsive Actuator Based on Double-Layer Composites Film for Soft Robot Grippers

光响应智能执行器因制备复杂、成本高、灵敏度低等问题应用受限。本研究提出GO-CNT-PDMS/PE双复合柔性薄膜，通过COMSOL模拟验证"光-热-机械"两阶段能量转换机制，优化材料厚度与浓度后实现近红外驱动的柔性机械爪，成功完成微纳米级物体抓取与力控，为智能装备和医疗机器人提供新方案。

　　

摘要

这种具有光响应特性的智能执行器具有非侵入性、远程可控性、便捷的能量传输能力和丰富的光源，已成为备受关注的驱动技术之一。然而，复杂的制备过程、高昂的成本、较差的便利性、复杂的结构以及较低的灵敏度限制了其进一步的应用。在这项研究中，我们提出了一种双层柔性光驱动复合膜——氧化石墨烯-碳纳米管-聚二甲基硅氧烷/聚乙烯（GO-CNT-PDMS/PE），该复合膜能够高效地将光能转化为热能，再转化为机械能。我们建立了COMSOL有限元仿真模型并对该过程进行了模拟。提出了“光-热-机械能”两阶段转换模型，以验证材料的热响应特性和光驱动机制。研究了不同厚度的光热层（GO-CNT-PDMS）以及GO-CNT浓度对双层柔性光学驱动器性能的影响。基于优化后的GO-CNT-PDMS/PE柔性光驱动复合膜，设计出的近红外光驱动柔性软体机器人夹持器实现了光控弯曲变形，并成功抓取了目标物体。通过调节光照强度和持续时间，控制夹持器的开合角度及抓握力，验证了该技术在微纳操作场景中的可行性。这项研究有望推动智能设备、精准医疗和环境监测等领域的技术发展。

图形摘要

我们提出了一种双层柔性光驱动复合膜——氧化石墨烯-碳纳米管-聚二甲基硅氧烷/聚乙烯（GO-CNT-PDMS/PE），该复合膜能够高效地将光能转化为热能，再转化为机械能。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。